配电设备泛在电力物联网建设思路与发展趋势

发表时间：2019-07-31T11:13:24.120Z 来源：《当代电力文化》2019年第06期 作者： 任朗

[导读] 通过先进的设备感知技术、通信技术和数据分析技术实现输配网设备业务数字化到数字业务化的转变，是当前电网企业转型发展的重要手段。

德阳明源电力(集团)有限公司什邡明珠电建分公司 四川 什邡 618400

摘要：输配电设备状态的全面感知是保障电网安全运行、提升电网驾驭能力、实现电网智能运行的先决条件。泛在电力物联网(UPIoT)建设是电网企业转型升级的重要内容和关键环节。通过先进的设备感知技术、通信技术和数据分析技术实现输配网设备业务数字化到数字业务化的转变，是当前电网企业转型发展的重要手段。电力物联网的建设将带动取能、传感、通信、数据应用等多方面的进步。研究结果可为后续泛在电力物联网的研究和实践提供参考。

关键词：输配电设备；泛在电力物联网；建设思路；发展趋势1输配电设备物联网差异化建设方案1.1配电物联网建设概述

由于配电业务多且杂，其感知数据涉及运行环境、配电设备、配网运行状态、计量数据和用户数据，并且城市配电网和山区配电网的运行环境和要求也不尽相同。因此，配电物联网接入数据种类、网络复杂度和应用多样性都比输变电设备要复杂。配电物联网的高级应用可大致分为故障预警、故障处理和用户服务等。重视这几方面的研究，对配电物联网的建设有重要作用。1.2输电线路物联网建设方案

目前，在输电线路物联网的建设方面，空中采用合成孔径雷达(SAR)遥感卫星实现对输电线路山火、通道异物、杆塔倾斜等较大缺陷的广域高效监测；地面以输电线路导线上监测装置(如导线温度监测装置、分布式故障定位装置等)作为边缘计算设备，附近杆塔上的倾斜、微气象、雷击闪络等装置通过LoRa等微功率无线通信方式将数据汇集到边缘计算设备，边缘计算设备再通过北斗三代短消息通信网络实现海量小数据的回传，以解决山区输电线路信号盲区的问题。对于通道监测、飞机巡检数据，近期依然可以通过4G公共无线网络回传数据，远期实现图像就地处理后可通过宽带卫星通信方式回传数据，从而实现所有线路全部工况全覆盖。故障/缺陷事前预警主要通过不同的监测手段对线路状态进行评估，同时结合根据天气预报和负荷预测数据对输电线路极端工况的运行能力进行评估。1.3变电站物联网建设方案

由于变电站空间集中，带电区和安全区毗邻，因此巡检作业人员安全管控问题突出。感知层由站域级边缘计算单元、站域级集成感知阵列、设备级感知网络和设备级感知传感器组成。站域级边缘计算设备负责变电站环境、状态、行为、电气参量的全面融合，实现设备本体及运行环境的深度感知、风险预警，主动触发多参量和多设备间的联合分析并推送预警信息。站域级集成感知阵列主要集成红外、视频、局放、声音、气味等传感功能，实现对变电站设备的非接触式测量，阵列中各单元通过以太网络或全球定位系统(GPS)实现分布式同步采样，从而实现对异常设备所在区域的初步定位；同时站域级集成感知阵元还作为设备级的边缘计算单元，通过LoRa、蓝牙、ZIGBEE、485等设备级感知网络与变压器色谱、振动、GIS超声、容性设备介损等设备感知传感器进行数据交互。对于GIS超声、变压器振动等设备级感知传感器，优先采用电磁感应取能、温差取能等方式辅以超级电容/后备电池的方式以保证系统供电的稳定性；而集成感知阵列则采用检修电源或者POE(poweroverethernet)供电，以保证LoRa、蓝牙等本地无线网络的稳定性。 2输配电设备物联网建设发展趋势2.1输配电设备物联网运行管理

泛在电力物联网的建设旨在让电网的数据成为一种可增值的资源，通过对这些数据资源的利用来提高电网的安全、设备能效，从而降低运维成本。这些数据的获取成本包括数据获取、传输、存储、维护、计算等全链条的开支，在泛在电力物联网的建设中，需对数据获取成本进行经济学定义，以实现企业的精细化管理，后期还可通过经济市场的方式带动低成本感知技术的发展。同时，泛在电力物联网的建设使得设备从投运到退运整个过程的状态信息都能全面感知，传统的设备巡视和运维手段都将被电力物联网所取代，因此大量的设备运维岗位会被技术所取代，从而实现设备运维的少人化或无人化。2.2输配电设备物联网应用模式

电力设备运行数据是行业相关各方信息的集中体现，围绕着电力运行数据可衍生出多种应用模式，尤其是电网对外部企业的应用模式，详细如下：1）设备供应商关系。电网公司的缺陷/故障相关的运行数据是设备质量重要的信息反馈，设备制造厂家可向电网公司购买自身或同类产品的运行数据以实现自身产品质量的提升、商业竞争等应用。同时上述产品的运行情况、供应商履约情况是评价设备供应商能力的重要依据。2）行业分析。每年电网企业的场站设计规模、设备招投标规模，以及不同地域的工商业用电特性都集中反映了电力行业或某特定区域的经济形式，针对上述数据脱敏后形成的行业分析报告可供政府、投资机构和设备制造企业来调整其生产经营行为，以便更加准确地判断行业形势[1]。3）科研院所及创业者关系。由于电力设备多场作用的复杂工况导致其故障机理复杂，单纯的理论模型现场应用效果欠佳，泛在电力物联网建设后，电网企业可提供设备全面的感知数据，故障案例库将更加丰富，如何根据电网企业的故障/缺陷案例开发出基于模型+数据驱动的故障诊断算法模型，将会是科研院所和电网企业共同承担的主要工作。 2.3输配电设备物联网技术发展2.3.1取能技术

供电问题是制约设备状态感知技术大规模推广的重要因素，如何利用电力设备周围的磁场、电场、振动、温差等环境获取能量为监测设备供电是电力泛在物联网感知层研究的主要内容。由于从环境获取的能量较少，取能技术通常要和传感、通信等进行一体化设计以实现最低的功耗要求，因此集成取能、采集、通信的系统级芯片(SoC)系统将会是低功耗感知的发展方向。 2.3.2新型传感技术

高度集成化的传感器可以复用采集存储和通信技术，降低单个参量的感知成本，同时提高装置的可靠性，将会是泛在电力物联网感知技术大规模应用的突破点[2]。对于大量的存量设备而言，非接触式测量可将感知和设备运行解耦，二者互不影响，从而极大地提高泛在物联网建设的便利性，因此非接触式感知是针对存量设备的发展方向。同时将传感器与设备部件结合，如带温度和应力测量功能的金具等，将更加适合于新投运设备。

2.3.3定制化芯片技术

通过芯片化降低固定场景采集系统的低成本，并提高其可靠性是降低泛在电力物联网建设投资的有效手段[3]。在巨大的市场驱动下，大量的电力专用芯片将面市。在传感器层面可基于MEMS技术、SoC等开发电力专用的温度、超声等传感芯片，在系统层面可开发类似麒麟980序列的深度学习芯片，以实现不同需求的边缘计算，在通信层面可开发专用的通信安全加密芯片、信息模型芯片等。2.3.4数据安全与信息模型

由于当前的技术架构实现了软件和硬件的解耦，嵌入式操作系统更加容易被攻破[4]。因此，物联网建设会在身份认证、分类授权、数据防泄漏、预警信息自动分发、安全威胁智能分析、响应措施联动处置等方面加强工作；在信息模型方面，要实现信息流、能量流和业务流的统一，需对数据的来源、含义、监测对象进行标准化，以此实现感知设备的即插即用，而之前电力行业已经存在IEC61850，IEC61970等信息模型，新的信息模型应会向下兼容，提出新的信息模型，以实现增量和存量工作的兼容。结束语：

通过泛在电力物联网的建设实现万物互联，降低数据获取的边际成本，进一步开发数据的价值形成完整的能源生态体系，是新形势下电网企业转型为优秀能源企业的有效手段。而数据应用必将是不断更新的过程，在深入理解电力行业数据特征的基础上，挖掘电力数据的价值将会是万物互联时代科技、产业创新的主战场。参考文献：

[1]张亚健,杨挺,孟广雨.泛在电力物联网在智能配电系统应用综述及展望[J].电力建设,2019,40(06):1-12. [2]汪兴.面向智能电网建设的电力物联网架构研究[J].电力大数据,2018,21(10):28-31.

[3]谢美豪.基于EPON技术的电力物联网建设路径分析[J].无线互联科技,2018,15(13):11-12.

[4]刘建明,赵子岩,季翔.物联网技术在电力输配电系统中的研究与应用[J].物联网学报,2018,2(01):88-102.